Health risk assessment and source tracking of volatile organic compounds in the industrial complex = 달성군 산업단지 내 휘발성 유기화합물의 건강위해성평가 및 발생원 추적

국문 초록 (Abstract)

대한민국은 높은 인구밀도와 급속한 도시화로 인해 산업단지와 주거지역이 근접해 있는 경우가 다수 존재하며, 산업단지에서 배출되는 다양한 대기오염물질에 대한 주민 노출이 증가하고 있다. 대구광역시 달성군 산업단지는 금속 가공, 제지, 화학 제조 등과 같은 다양한 업종의 산업시설이 밀집해 있는 지역이며, 인근에는 대규모 아파트 단지와 학교, 어린이집 등 공공시설이 조성되어 있어 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOCs)로 인한 인체 노출 및 건강 영향에 대한 우려가 크다. VOCs는 휘발성이 높고 대기 중에 장시간 체류할 수 있으며, 기상 조건에 따라 배출지점으로부터 떨어진 주거지역에도 영향을 미칠 수 있다. 실외에서 배출된 VOCs는 환기나 틈새 등을 통해 실내로 유입되어 가정이나 학교, 어린이집 등의 실내 공기질을 저하시키며 사람들에게 직접적인 노출 경로가 된다. 대구 달성군에서는 악취 관련 민원이 주기적으로 발생하고 있어 VOCs 노출에 대한 우려가 제기되고 있다.
VOCs는 단기적으로는 두통, 메스꺼움, 눈 및 호흡기 자극을 유발할 수 있으며, 장기적으로는 간, 신장, 신경계 손상은 물론 일부 물질의 경우 암 유발 가능성까지 지니고 있다. 국제암연구소(International Agency for Research on Cancer, IARC)는 벤젠(benzene)을 Group 1, 트리클로로에틸렌(trichloroethylene) 및 테트라클로로에틸렌(tetrachloroethylene)을 Group 2A, 에틸벤젠(ethylbenzene)을 Group 2B로 분류하고 있다. 성인보다 대사율이 높고 체중 대비 체표면적이 크며, 면역계와 신경계가 발달 중이거나 쇠퇴한 어린이와 고령자는 VOC에 더욱 민감하게 반응할 수 있다.
본 연구에서는 달성군 내 산업단지 인근 주거지역을 중심으로 겨울(12월)과 봄(4–5월) 두 계절에 걸쳐 산업단지 내 주요 배출시설과 인접 주거지역을 대상으로 fenceline monitoring을 수행하였다. 시료는 3M사의 passive sampler(OVM 3500+)를 사용하였고 총 11개 지점(작업장 3곳, 주거지 8곳)을 대상으로 채취하였다. 분석 대상 VOC는 환경부 고시 관리대상물질 37종이며, 이 중 독성값이 확보된 13종을 최종 위해성 평가에 활용하였다. 배출원 추적은 수용체의 VOCs의 데이터를 pearson’s 상관분석, 주성분분석(principal component analysis, PCA), 계층적 군집분석(hierarchical cluster analysis, HCA)을 통하여 달성군 지역의 배출원을 추정하였으며, 배출원이 식별된 공장의 VOCs 농도는 오염원의 기여도를 파악할 수 있는 화학질량 수지법(chemical mass balance, CMB) 모델을 이용하여 기여율을 산출하였다. 각 공장 및 주거지역의 VOC 농도를 프로파일화 및 매칭을 통하여 각 배출원이 주거지역에 기여하는 비율을 정량화하였다.
대부분의 발암위해물질에서 발암위해도(cancer risk, CR)가 1×10-6을 초과하여 잠재적인 발암위해가 존재하는 것으로 확인되었으며, 벤젠과 클로로포름(chloroform)의 CR이 높게 나타나 저감대책 마련이 필요한 것으로 확인되었다. 배출원 추적 결과 대부분의 주거지역에서 제지공장 B가 전체 VOC 농도의 90% 이상을 기여하는 것으로 나타났다. 모델의 결정계수(R²)는 0.976로 매우 높은 설명력을 보였다. 코사인 유사도(cosine similarlity) 분석을 실시하여 주거지역 농도와 각 산업공정의 VOC 프로파일 간 유사성을 평가하였고, CMB 모델 결과와 일치하는 높은 유사도를 확인하였다.
수용체 기반 배출원 추적은 실시간 배출자료 확보가 어려운 경우에도 오염물질의 기여도를 정량적으로 추정할 수 있는 장점이 있으며, 정책 수립 및 오염 저감 전략 설정 시 과학적 근거로 활용하는 것이 가능하다. CMB 모델은 미국 환경보호청(United State Environmental Protection Agency, U.S EPA)에서 제안된 방법으로 다양한 국가 및 지역에서 검증되어 활용되고 있다. 이러한 배출원 기여도 분석은 단순히 총 농도만을 평가하는 것보다 실제 저감이 필요한 오염원에 대한 맞춤형 저감대책을 제시할 수 있다는 점에서 실용적 가치가 높다.
본 연구는 위해성평가의 결과와 배출원 추적 결과의 통합분석을 통해 지역 주민 보호를 위한 과학적 근거를 마련하고 지역 맞춤형 환경보건 정책 및 저감 전략 수립을 위한 기반자료를 제공하였으며, 향후 유사 지역의 정책 적용 시 활용 가능한 모델을 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• 1.1. Background 1
• 1.2. Objectives 5
• Ⅱ. Materials and analysis methods 6
• 2.1. Measurement and analysis methods 8
• 2.2. VOCs sampling and analysis 10
• 2.3. Exposure and risk assessment 13
• 2.4. Source tracking 18
• Ⅲ. Results 24
• 3.1. Measured VOCs levels 24
• 3.2. Health risk assessment 27
• 3.3. Source tracking 44
• Ⅳ. Discussion 58
• Ⅴ. Conclusions 62
• References 64
• Appendix 71